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UV-Desinfektion (Auslegungsparameter, UV-Dosis, UV-Transmission usw.)

Nach dem ersten Prototyp einer UV-Anlage im Jahr 1910 in Marseille zur Wasserdesinfektion wurden weltweit eine Vielzahl von weiteren Anwendungen für dieses rein physikalische Desinfektionsverfahren entwickelt und eingesetzt.

Mithilfe kurzwelliger UVC-Strahlung im Wellenlängenbereich 200 - 280 nm wird die DNA, bzw. RNA, von Mikroorganismen nachhaltig geschädigt. Diese sekunden­schnelle Inaktivierung hindert die Mikroorganismen an der Vermehrung.

Das heißt, in der Zelle (DNS, RNS) werden photochemische Reaktionen ausgelöst, welche die lebensnotwendigen Vorgänge in der Zelle unterbinden und die Mikroorganismen somit unschädlich macht.

Um dies zu erreichen nutzt man Quecksilberstrahler, deren Emissionsmaximum (254 nm) mit dem Absorptionsspektrum der DNA recht gut übereinstimmen. Somit wird die eingetragene Energie sehr gut ausgenutzt.

Der Desinfektionsprozess wird in der folgenden Grafik dargestellt.

Technologische Informationen:

  • Die UV-Desinfektion besitzt eine Vielzahl von Vorteilen, die Nachteile müssen aber beachtet werden. 
  • Um die erforderliche Desinfektiuonswirkung zu erreichen, muss eine minimale Fluenz oder UVC-Dosis erreicht werden.
  • Bei der Anwendung der Desinfektion von Wasser und der Anlagendimensionierung ist die UV-Transmission der wichtigste Auslegungsparameter.
  • Für die UV-Desinfektion von Prozesswasser in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sowie Mikroelektronik gelten spezielle Anforderungen bezüglich der UV-Dosis und den Materialeigenschaften der Anlagen.

 

Die Anwendungen für dieses Desinfektionsverfahren sind sehr vielfälltig.

  • Wasser
  • Luft
  • Folien 
  • Oberflächen 
  • Chemikalien 
  • und vieles mehr

Vorteile und Nachteile der UV-Desinfektion

Dieses Desinfektionsverfahren besitzt eine Vielzahl von Vorteilen, gegenüber anderen Verfahren:

  • Sekundenschnelles Abtöten von Bakterien, Viren und Hefen
  • Keine Geschmacks- und Geruchsbeeinträchtigung des Wassers
  • Keine Bildung von gesundheitsgefährdenden Nebenprodukten (u. a. keine THM-Bildung)
  • Keine Zugabe von Chemikalien
  • Keine Umweltbelastung
  • Wartungsarmes Verfahren und einfache Handhabung
  • Niedrige Betriebskosten, höchste Betriebssicherheit

 

Aber leider auch auch einige Nachteile:

  • Keine Depotwirkung
  • Gefahr der Belagbildung auf dem Tauchrohr bei hoher organischer und anorganischer Belastung des Wassers
  • Ggf. Probleme bei Schwankender Rohwasserqualität

Charakterisierung der Wasserqualität durch verschiedene Parameter

Die Schwächung der UV Strahlung ist sehr stark von der Wellenlänge abhängig. Für die UV-Desinfektion muss die wirksame Wellenlänge von 254 nm betrachtet werden. Der wesentlichste Verfahrensparamter ist hierzu die UV-Transmission oder der SSK.

Die Schwächung erfolgt vor allem durch folgende Stoffe:

  • Eisen
  • Mangan
  • Huminsäuren
  • oder andere organische Inhaltsstoffe (z.B. Sirup in der Lebensmittelindustrie oder Kühl-Schmierstoffe usw.)

Charakteristische Parameter

  • UV-Transmission  - Auf ein bestimmte Schichtdicke angegebener Transmissionsgrad in % in einer unfiltrierten Probe [%/1cm]
  • Spektraler Absorptionskoeffizient (SAK) - Beschreibt die Schwächung der UV-Strahlung in einer unfiltrierten Probe [1/m]
  • Spektraler Schwächungskoeffizient (SSK) - zusätzlich zum SAK wird noch die Lichtstreuung durch suspendierte Stoffe in einer unfiltrierten Probe berücksichtigt. [1/m]

UV-Transmission

Typische Werte für die UV-Transmission 254 nm

Reinstwasser          99 – 100 %/1 cm
Trinkwasser  85 – 98 %/1 cm (65 – 80 %/10 cm)
Abwasser  50 – 75 %/1 cm
Regenwasser 75 – 85 %/1 cm
Prozesswasser Gartenbau 7-15%/1cm
Kühlwasser 70-90%/1cm

 

Die UV-Transmsssion bei Lebensmitteln ist deutlich kleiner [% /1mm]:

Apfelsaft 3%/1 mm
Flüssigzucker 35%/1 mm
Bier 2,5%/1mm
Coca Cola 0,08 %/1mm

 

 

Zusammenhang Spektraler Schwächungskoeffizient SSK und UV-Transmission

► Hier finden Sie einfache Excel-Umrechnungstabellen für häufig verwendete Kennzahlen der UV-Desinfektion:

Begriffsbestimmungen

Bestrahlungsstärke 

Auftreffende Strahlungsleistung  je Flächeneinheit 1)

Verweilzeit 

Verweilzeit des Wassers im Reaktor 2)

Bestrahlung

(UV Dosis,Fluenz)

Integral der Bestrahlungsstärke E über die Dauer t der Bestrahlung 3)

1) Zur genauen Kalkulation von UV- Anlagen muss zusätzlich der Raumwinkel beachtet werden. Hierzu hat UV-EL  leistungsfähige Software.
2) Die Verweilzeit  wird zum größten Teil durch das effektive Reaktorvolumen bestimmt. (Das effektive Reaktorvolumen ist kleiner als das Gesamtvolumen.)
3)Bei einer turbulenten Strömung kann man unter Beachtung eines Korrekturfaktors näherungsweise auch das Produkt aus der mittleren Bestrahlungsstärke und der mittleren Verweilzeit verwenden.

Notwendige Dosis H [J/m²] für unterschiedliche Desinfektionsanwendungen

Im Gegensatz zur Trinkwasserdesinfektion ist die UV-Dosis der Anlagen für Reinstwasser meist um den Faktor 2-4 mal höher. Eine doppelte Dosis bedeutet eine doppelte Verweilzeit des Wassers im Reaktor bei gleicher UV-Bestrahlungsstärke. Somit ergibt sich für UV-Desinfektion eine deutlich höheren Verfahrenssicherheit.

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Vergleich der notwendigen Fluenz (Dosis) für unterschiedliche Anwendungen

Trinkwasserdesinfektion entsprechend DVGW, ÖVGW400 J/m²
Desinfektion von Prozesswasser der Lebensmittelindustrie650-800 J/m²
Desinfektion von Prozesswasser der Pharmaindustrie800-1600 J/m²
TOC Abbau im Reinstwasser1200-4000 J/m²
Abbau von Restozon im Reinstwasser800-1200 J/m²

UV-Empfindlichkeit verschiedener trinkwasserrelevanter Keime

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